《提高石油采收率技术》讲义(6)

2019-04-15 11:37

结论,聚合物溶液在油藏孔隙中可以扩大其微观波及体积,这就是聚合物驱提高微观驱油效率的主要机理之一。

这一研究成果的意义

不仅仅在于它的理论价值,

而且可以为改善聚合物驱技

聚合物溶液在T型流道中的驱替流动图 术或开发新的驱油技术提供

具有启示性的思路。

2. 聚合物驱数值模拟

我国目前使用的聚驱数值模拟软件都是从国外引进的商业软件,由于软件开发时,人们对聚合物驱的机理认识有限,有许多重要的机理在软件模型中并未反映出来。例如上面所讨论的微观驱油机理。而且有些模型也未必适合于我国油田情况,例如相渗模型。由于这些原因,现有的数模软件预测结果与实际矿场试验结果误差很大。在大庆油田,实际驱油效果往往好于预测结果。我个人认为这是由于模型中未考虑聚合物溶液的微观驱油效率所致。因此,对聚驱数值模拟的研究应从基础模型入手,这里面有大量的理论工作和实验工作要做。

3. 深度调剖技术

在聚合物驱工业化应用中,发现聚合物溶液在非均质严重的油层中,沿高渗透层(或孔道)突进,影响了聚合物驱油效果。聚合物驱用的调剖剂在性能上有如下要求: ? 地面注入过程中视粘度较低,注入性能好;

? 能进入到油层深部,一般要求注入半径为50~100 ft。大孔道处理半径250 ft;

? 通过吸附,粘弹性或沉淀作用,停留在油层的设计不为,并在地下具有较好的稳定性(6个月以

上);

与后续聚合物溶液具有良好的配伍性,对其不产生不利影响;

从目前研究进展来看,有应用前景的有以下几种: ①延缓交联型凝胶

主要采用聚合物与适当的有机或无机延缓交联剂,大剂量注入地层。在地层条件下缓慢发生交联反应,形成三维网状结构的凝胶,其粘度可控。所用的聚合物包括聚丙烯酰胺(PAM)、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)、生物聚合物(XCP)等。延缓交联剂多为多价金属有机盐(如柠檬酸铝、乙酸铝、丙酸铝、改性甲醛的包囊体等)。交联时间可根据设计要求控制在6~10天。

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②弱凝胶体系

弱凝胶体系(week gel)和分散凝胶(colloidal dispersion gel)技术特点(理论上的): ·聚合物和交联剂浓度低;

·不形成连续网状结构的弹性体,在地层就位后呈现可流动的弱凝胶或分散凝胶体,易于进入高渗层深部。

但是这项技术在矿场试验中的成功率并不高。据了解在美国的成功率为30%左右。有效率(增油)只有不到15%。有些实验,注入压力虽然升高,但含水不降。返排,排出物为强度很高的胶体块。这说明体系并没有进入油层到达设计不为,而是堵塞在注入井周围(聚交联所致)。

由此可见,深度调剖技术在机理上、技术上还有很多问题没有解决,这是一个很有吸引力、难度也很大的研究领域。其主攻方向应是如何使调剖体系能够按照设计在油层深部交联。

③沉淀堵塞

利用某种特殊的化学物质,在地层内部发生物理—化学反应生成沉淀堵塞物来调整地层注水剖面。例如,利用阴离子聚合物(PHP)和阳离子聚合物在地层内相遇,生成絮团沉淀物;水解聚丙烯腈和地层中的盐(Ca,Mg)形成的沉淀物。

(4)减少聚合物溶液粘度损失

目前聚合物驱存在的一个重要问题就是粘度损失。聚合物溶液在到达油层有效驱油不为之前,其视粘度损失严重。据大庆油田中区西部试验区的观测结果,从配置到距注入井30 m处的油层内,聚合物的视粘度损失就高达60%。如果全面考察聚合物溶液的流变性,其粘弹性的损失率更大。也就是说,聚合物溶液在驱油过程中本来应该具有流度控制能力绝大部分损失在配注系统和注入井附近的无效驱油区内。相当于聚合物的大量损失。造成这种损失的主要原因:

·剪切降解;

·聚合物在近井地带的滞留; 相应地,解决这一问题的途径: ·配制抗剪切的聚合物; ·降低聚合物在近井地带的滞留量

(5)注入井解堵,提高注入能力

聚合物驱工业化应用暴露出的一个突出问题是,注入井堵塞严重(这个问题看来与聚合物粘度损失联系在一起)。而且非常难解。注入井的严重堵塞造成了注入压力不合理的急剧上升。有些水井的

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注入压力甚至达到或超过的地层的破裂压力。据统计大庆油田注聚井有10%以上套损,这是注入压力过高所致。影响了正常生产。目前实际中解决这一问题的主要措施是:

·近井地带改造──压裂、深穿孔; ·化学解堵。

但这些措施并没有从根本上解决注入能力问题,而且有效期非常短(一般在1个月左右)。 所以注入井解堵,提高注入能力是我们面临的急需功课的难题。

三、碱/活性剂/聚合物(ASP)三元复合驱

碱 /活性剂/聚合物三元复合体系驱油是80年代初出现的新技术。三元复合体系是从二元复合体系发展而来的。人们虽然已经意识到了胶束/聚合物驱的特殊效果,但是,经济因素限制了这一技术的商业化推广。而三元复合体系主要是为了用便宜的碱剂来代替价格昂贵的表面活性剂,以降低有效化学剂的成本,这为复合驱的推广应用奠定了基础。

从化学剂效率(总化学剂成本/采油量)来看,复合体系所需要的表面活性剂和助剂的总量,仅为胶束/聚合物驱的三分之一,复合体系的化学剂效率比胶束/聚合物驱要高。

从提高采收率来看,三元复合驱体系能够采出水驱剩余油的80%以上,可以与最好的胶束/聚合物驱相比,并高于一般的二元复合驱。

从驱油机理来看,三元复合驱比二元复合驱有更广的适应范围,并能明显地降低活性剂的吸附滞留。此外,三元复合驱比二元复合驱有更好的资金回收率。

(一)ASP驱油机理

ASP复合驱提高采收率的机理是三种效应的综合结果:①降低界面张力;②流度控制;③减少化学剂损失。

1. 降低油水界面张力

与其它驱替体系相比,三元复合体系(ASP)与原油接触后,界面张力能很快降到10-2mN/m以下,而表面活性剂或碱单独与原油之间的界面张力下降的速度要慢得多。当聚合物浓度适中时,ASP三元复合体系比AS二元体系能产生更低的界面张力。这可能是由于聚合物尤其是聚丙烯酰胺能够保护表面活性剂,使其不与Ca2+、Mg2+ 等高价阳离子反应而使活性剂失去表面活性。同时,表面活性剂和聚丙烯酰胺在油水界面上均有一定程度的吸附,形成混合吸附层。部分水解聚丙烯酰胺分子链上的多

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个阴离子基可使混合膜具有更高的界面电荷,使界面张力降得更低。另外,碱剂推动活性剂前进,趋向于使最小界面张力迅速传播,这样就减少了碱驱替原油的滞后过程,且可保持长时间的低张力驱过程。

2. 流度控制

在碱/活性剂/聚合物复合驱过程中,由于被驱替的原油流度高,在油墙的前面形成了低流度带,从而保证了较高的扫及效率。由于较高的表观粘度,也增加了局部的毛管数,提高了驱油效率。

而且,ASP体系中,表面活性剂和碱有效地保护了聚合物不受高价阳离子的影响。有的研究认为,加入活性剂可使聚丙烯酰胺的粘度增加10%~25%,加入碱可使聚丙烯酰胺的粘度增加22%~42%。在各种碱剂中,硅酸钠(Na3SiO4)保护聚合物粘度的性能最好,碳酸钠(Na2CO3)次之,氢氧化钠(NaOH)最差。也有研究报导,碱和活性剂的存在,可使部分水解聚丙烯酰胺的增稠能力变差,体系视粘度损失很大(NaOH—活性剂—部分水解聚丙烯酰胺体系)。

3.降低化学剂的损失

与其它的二元驱替相比,ASP驱能明显地降低化学剂的吸附滞留损失,从而使复配体系发挥出更充分的驱油作用。

(1)三元体系的碱耗

碱驱矿场失败的一个主要的原因是碱耗。引起碱耗的因素主要是碱剂与地层矿物反应,与地层盐水反应,与原油的酸性组分反应。但是,ASP体系中,表面活性剂的加入,避免了原硅酸钠(Na4SiO4)、氢氧化钠(NaOH)等一类强碱的应用,使碱耗不再成为严重问题。若使用具有中等pH的缓冲碱体系,可有效地降低硬离子浓度,并可减少化学反应的驱动力,因而碱耗、结垢都很少。

(2)聚合物、活性剂的吸附滞留损失

在ASP驱中,价格较低的碱剂的主要作用是改变岩石表面的电荷性质,以减少价格较高的表面活性剂和聚合物的吸附、滞留损失,保证这类三元体系在经济上可行。因为有碱存在时,溶液pH值较高,岩石表面的负电荷量较多,可减少带负电荷的表面活性剂、石油酸皂的吸附,并能有效地排斥带负电荷的聚合物,减少其吸附。

实际上,许多研究已经证明,在没有碱存在的条件下,大部分活性剂都滞留在岩心中。有时,为了使活性剂或聚合物的损失降到最低,还在三元复合体系注入前,进行预冲洗处理。如聚丙烯酰胺在多孔介质中的吸附量,经NaCl预冲洗后为0.019mg/100g 岩石;而经NaHCO3预冲洗后的吸附量为0.005mg/100g岩石,减少了74%;生物聚合物在有NaCl

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碱对表面活性剂及聚合物在矿物表面吸附的影响 吸附量(mg/100g矿物) 矿物 (固液比0.1) 吸附量减少(%) 加入NaCl 23℃ 高岭土 碎Berea岩 1.36 0.15 70℃ 1.33 0.12 加入NaHCO3 23℃ 0.36 0.14 70℃ 0.09 0.10 23℃ 74 7 70℃ 95 17 存在时,1.5小时后有92%被吸附,120小时后,有95%被吸附。但是,在有NaHCO3存在时,120小时后的吸附量仅为3%,而16天后竟为0。

一般作为预冲洗的牺牲剂是一些易于发生吸附的廉价无机盐或有机物质,如一般的碱剂(Na2CO3、NaHCO3、NaHO)、多聚磷酸钠、六偏磷酸钠、木质素磺酸钠、石油羧酸盐,以及小分子的聚丙烯酰胺等,都可使活性剂在油岩上的吸附量大幅度降低。如对于大庆油田三元复合驱的B-100体系或ORS体系(活性剂—0.3%wt;聚合物—1200mg/L;碱—1.2%wt),活性剂的损失量降低50%以上。而且,加入牺牲剂后,降低了吸附损失对体系界面张力造成的破坏。

ASP驱的最大优点就是三组分之间协同作用的存在。但是,吸附损失可以破坏这种协同作用,“色谱分理”也可破坏协同作用。由于复合体系中的各种组分与岩石间的作用不同,诸如竞争吸附、离子交换、分配系数、分散作用、渗透能力等的差异,使得三组分间产生差速运移,这种现象叫做驱油体系的色谱分离。有关的研究始于20世纪70年代,当时美国出现了胶束驱油体系,活性剂的色谱分离影响着胶束体系的稳定性,为此,人们进行了大量的研究工作。同样,对于三元复合驱而言,由于碱、聚合物、活性剂的运移速度不同,势必造成一定程度的色谱分离现象。当然,这与地层物性、原油物性、驱油体系的配方以及注入方式等,都有着密切的关系。实际上,最为重要的是避免碱与活性剂的分理,因为二者的复配是形成超低界面张力的保证。

三元复合驱微观驱油机理实验:

(二)矿场试验

1. 大庆油田中区西部试验区

试验区平均有效厚度为8.6m,孔隙体积203300m3,地质储量117300t,中心井地质储量20065t。试验目的层位为萨Ⅱ1-3层,试验区共有油水井15口,其中注入井4口,生产井9口,以及1口取样井和1口观察井。注采井距106m,生产井距150m。注入体系为0.3%B-100+1.25% Na2CO3+1200mg/L的聚合物1275A。

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